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ETEROGIUNZIONI E TRANSISTOR AD EFFETTO DI CAMPO PER LO STUDIO DELLE PROPRIETA¿ OPTOELETTRONICHE DI MATERIALI BIDIMENSIONALI

Lo scopo del progetto è lo studio sperimentale delle proprietà elettroniche ed optoelettroniche di materiali bidimensionali come grafene e dicalcogenuri dei metalli di transizione. L’obiettivo è realizzato tramite la fabbricazioni di nanodispositivi e la misura delle loro caratteristiche I-V-T, C-V-T e della loro risposta alla luce. La ricerca intende investigare nuovi fenomeni fisici sia per la conoscenza di base che per il potenziale sfruttamento in applicazioni pratiche.Le azioni della ricerca sono suddivise in: A) Fabbricazione I dispositivi verranno fabbricati in stretta collaborazione con vari partner nazionali ed internazionali, come l’INRIM di Torino, l’Università di Exeter (UK) o l’IHP Microelectronics (Germania), che sono dotati delle infrastrutture e delle sofisticate strumentazioni necessarie per la nanomanipolazione e la nanofabbricazione. Saranno fabbricate tre classi principali di dispositivi:1. Eterogiunzioni costituite da soli materiali bidimensionali, come MoS2/WSe2 o Gr/MoS2, o da materiali bidimensionali in contatto con substrati tridimensionali di silicio o germanio (Gr/Si o MoS2/Si, etc.). Si sperimenteranno diverse geometrie con giunzioni su substrato piatto e su substrato patternato. La fabbricazione di giunzioni di grafene o MoS2 su substrato di silicio terminato in un array di nanopunte offre la possibilità di amplificazione del campo elettrico alla giunzione, che può favorire la separazione di cariche fotogenerate e dare origine a fotodiodi particolarmente sensibili a radiazioni di bassa intensità.2. Transistor ad effetto di campo con canale costituito da grafene o TMDC. In questi dispositivi il materiale 2D viene trasferito tramite la tecnica dell’esfoliazione meccanica o prodotto per deposizione chimica in fase di vapore (CVD) su un substrato conduttivo di Si degenere, che funziona da back gate, isolato da uno strato di SiO2. I contatti di source e drain vengono realizzati con vari materiali (Ni, Ti, Pd, Au, etc), scelti in base alla loro funzione lavoro e depositati per evaporazione in modo da minimizzare la resistenza di contatto. 3. Strutture TLM (Transfer Length Method) con metalli a spaziatura crescente per studiare interfacce metallo/materiale 2D e per determinare le resistenze di contatto. La riduzione della resistenza di contatto è un prerequisito per lo studio delle proprietà del canale in ogni dispositivo miniaturizzato.B) Caratterizzarione strutturaleLa caratterizzazione strutturale dei materiali bidimensionali verrà effettuata con tecniche di microscopia ottica e di spettroscopia Raman. La spettroscopia Raman è una delle tecniche non invasive più efficaci per determinare il numero di strati del materiale e il grado di difettosità. In collaborazione con altri gruppi dell’Università di Salerno, sarà possibile anche una caratterizzazione con tecniche di microscopia a trasmissione elettronica (TEM) e a scansione di sonda (SPM).C) Caratterizzarione elettrica ed optoelettricaIl gruppo è dotato di un laboratorio per la caratterizzazione elettrica di dispositivi in condizioni di temperatura e pressioni controllate. Misure I-V e C-V a diversa temperatura (caratterizzazione I-V-T e C-V-T) verranno effettuate su tutti i dispositivi e permetteranno lo studio dei fenomeni di scattering dei portatori di carica, la determinazione dell’allineamento delle bande di energia tramite la determinazione di barriere che eventualmente si formano alle interfacce, e la determinazione di stati localizzati (trappole elettroniche) dovuti a difetti reticolati o atomi aggiunti. Per le misure optoelettroniche si userà un setup basato sull’uso di un laser supercontinuo con lunghezza d’onda tra 400 e 2400 nm ed alta potenza. La risposta spettrale verrà determinata tramite filtri passa banda o con un monocromatore.D) Modellizzazione Il comportamento dei dispositivi verrà analizzato nell’ambito del modello a bande di energia. Si farà ricorso a software di simulazione e si collaborerà con gruppi del Dipartimento di orientamento più teorico.